实现一款高可用的TCP数据传输服务器（Java版）

1.netty能做什么

首先netty是一款高性能、封装性良好且灵活、基于NIO(真·非阻塞IO)的开源框架。可以用来手写web服务器、TCP服务器等，支持的协议丰富，如：常用的HTTP/HTTPS/WEBSOCKET，并且提供的大量的方法，十分灵活，可以根据自己的需求量身DIV一款服务器。

用netty编写TCP的服务器/客户端

1.可以自己设计数据传输协议如下面这样：

2.可以自定义编码规则和解码规则

3.可以自定义客户端与服务端的数据交互细节，处理socket流攻击、TCP的粘包和拆包问题

2.Quick Start

创建一个普通的maven项目，不依赖任何的三方web服务器，用main方法执行即可。

加入POM依赖

 

io.netty
netty-all
4.1.6.Final

 

com.fasterxml.jackson.core
jackson-databind
2.9.7

 

log4j
log4j
1.2.17

设计一套基于TCP的数据传输协议

publicclassTcpProtocol{
privatebyteheader=0x58;
privateintlen;
privatebyte[]data;
privatebytetail=0x63;

publicbytegetTail(){
returntail;
}

publicvoidsetTail(bytetail){
this.tail=tail;
}

publicTcpProtocol(intlen,byte[]data){
this.len=len;
this.data=data;
}

publicTcpProtocol(){
}

publicbytegetHeader(){
returnheader;
}

publicvoidsetHeader(byteheader){
this.header=header;
}

publicintgetLen(){
returnlen;
}

publicvoidsetLen(intlen){
this.len=len;
}

publicbyte[]getData(){
returndata;
}

publicvoidsetData(byte[]data){
this.data=data;
}
}

这里使用16进制表示协议的开始位和结束位，其中0x58代表开始，0x63代表结束，均用一个字节来进行表示。

TCP服务器的启动类

publicclassTcpServer{
privateintport;
privateLoggerlogger=Logger.getLogger(this.getClass());
publicvoidinit(){
logger.info("正在启动tcp服务器……");
NioEventLoopGroupboss=newNioEventLoopGroup();//主线程组
NioEventLoopGroupwork=newNioEventLoopGroup();//工作线程组
try{
ServerBootstrapbootstrap=newServerBootstrap();//引导对象
bootstrap.group(boss,work);//配置工作线程组
bootstrap.channel(NioServerSocketChannel.class);//配置为NIO的socket通道
bootstrap.childHandler(newChannelInitializer(){
protectedvoidinitChannel(SocketChannelch)throwsException{//绑定通道参数
ch.pipeline().addLast("logging",newLoggingHandler("DEBUG"));//设置log监听器，并且日志级别为debug，方便观察运行流程
ch.pipeline().addLast("encode",newEncoderHandler());//编码器。发送消息时候用过
ch.pipeline().addLast("decode",newDecoderHandler());//解码器，接收消息时候用
ch.pipeline().addLast("handler",newBusinessHandler());//业务处理类，最终的消息会在这个handler中进行业务处理
}
});
bootstrap.option(ChannelOption.SO_BACKLOG,1024);//缓冲区
bootstrap.childOption(ChannelOption.SO_KEEPALIVE,true);//ChannelOption对象设置TCP套接字的参数，非必须步骤
ChannelFuturefuture=bootstrap.bind(port).sync();//使用了Future来启动线程，并绑定了端口
logger.info("启动tcp服务器启动成功，正在监听端口:"+port);
future.channel().closeFuture().sync();//以异步的方式关闭端口

}catch(InterruptedExceptione){
logger.info("启动出现异常："+e);
}finally{
work.shutdownGracefully();
boss.shutdownGracefully();//出现异常后，关闭线程组
logger.info("tcp服务器已经关闭");
}

}

publicstaticvoidmain(String[]args){
newTcpServer(8777).init();
}
publicTcpServer(intport){
this.port=port;
}
}

只要是基于netty的服务器，都会用到bootstrap 并用这个对象绑定工作线程组，channel的Class，以及用户DIV的各种pipeline的handler类，注意在添加自定义handler的时候，数据的流动顺序和pipeline中添加hanlder的顺序是一致的。也就是说，从上往下应该为：底层字节流的解码/编码handler、业务处理handler。

编码器

编码器是服务器按照协议格式返回数据给客户端时候调用的，继承MessageToByteEncoder代码：

publicclassEncoderHandlerextendsMessageToByteEncoder{
privateLoggerlogger=Logger.getLogger(this.getClass());
protectedvoidencode(ChannelHandlerContextctx,Objectmsg,ByteBufout)throwsException{
if(msginstanceofTcpProtocol){
TcpProtocolprotocol=(TcpProtocol)msg;
out.writeByte(protocol.getHeader());
out.writeInt(protocol.getLen());
out.writeBytes(protocol.getData());
out.writeByte(protocol.getTail());
logger.debug("数据编码成功："+out);
}else{
logger.info("不支持的数据协议："+msg.getClass()+"	期待的数据协议类是："+TcpProtocol.class);
}
}
}

解码器

解码器属于比较核心的部分，自定义解码协议、粘包、拆包等都在里面实现，继承自ByteToMessageDecoder，其实ByteToMessageDecoder的内部已经帮我们处理好了拆包/粘包的问题，只需要按照它的设计原则去实现decode方法即可：

publicclassDecoderHandlerextendsByteToMessageDecoder{
//最小的数据长度：开头标准位1字节
privatestaticintMIN_DATA_LEN=6;
//数据解码协议的开始标志
privatestaticbytePROTOCOL_HEADER=0x58;
//数据解码协议的结束标志
privatestaticbytePROTOCOL_TAIL=0x63;
privateLoggerlogger=Logger.getLogger(this.getClass());
protectedvoiddecode(ChannelHandlerContextctx,ByteBufin,List